[发明专利]基于电磁波成像的植物主干内部病虫害检测装置及方法

权利要求书

1.基于电磁波成像的植物主干内部病虫害检测装置，其特征在于，包括雷达芯片模块(1)和电磁波发射接收器(2)，所述电磁波发射接收器(2)用于发射和接收电磁波，所述雷达芯片模块(1)与电磁波发射接收器(2)之间双向连接，通过雷达芯片模块(1)将采集到的电磁波转化成数字化形式，并进行存储；

所述电磁波发射接收器(2)信号连接有雷达天线(4)，所述雷达天线(4)贴在待测植物主干的外围，用于将电磁波发射接收器(2)产生电磁波对植物主干进行测量；

所述雷达芯片模块(1)还信号连接有显示器(3)和分析模块(5)，所述显示器(3)用于完成测量数据的显示，所述分析模块(5)用于数据分析和确定待测植物主干内部病虫害的信息。

2.根据权利要求1所述的基于电磁波成像的植物主干内部病虫害检测装置，其特征在于，所述雷达芯片模块(1)设置在封装箱(6)的几何中心，所述电磁波发射接收器(2)和显示器(3)均设置在封装箱(6)的外侧。

3.根据权利要求1所述的基于电磁波成像的植物主干内部病虫害检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将雷达天线(4)贴在待测植物主干的外围移动，并利用电磁波发射接收器(2)产生对待测植物主干进行测量的脉冲信号；

S2、电磁波发射接收器(2)产生的待测植物主干进行测量的脉冲信号经过待测植物主干的介质传播后再通过电磁波发射接收器(2)接收，并将采集到的电磁波传输至雷达芯片模块(1)上；

S3、雷达芯片模块(1)将采集到的电磁波转化成数字化形式，传送至分析模块(5)进行分析，并对信息进行存储；

S4、分析模块(5)通过预设在其内部的分析算法，对采集到的电磁波进行分析，确定待测植物主干内部病虫害的信息。

4.根据权利要求3所述的基于电磁波成像的植物主干内部病虫害检测装置的检测方法，其特征在于，所述待测植物主干内部病虫害的信息包括待测植物主干缺陷位置信息、电磁波层析成像信息和层位分析信息。

5.根据权利要求4所述的基于电磁波成像的植物主干内部病虫害检测装置的检测方法，其特征在于，所述待测植物主干缺陷位置信息通过麦克斯韦方程组确定电磁波传播速度以及介电常数来确定，包括以下步骤：

S1、确定缺陷位置在检测过程使用的是高频电磁波，高频电磁波在介质中的传播服从麦克斯韦方程组，麦克斯韦方程组的微分形式可以表示为：

其中，ρ为电荷密度；D为电位移；E为电场强度；B为磁感应度；h为磁场强度；J为电流密度；四个矢量D、E、B和h称为场量，J和ρ是矢量和标量；

假设介质是均匀的，再将其简化为：

J＝σE

B＝μh

D＝εE

其中，σ为电导率，μ为磁导率，ε为介电常数。

将这个两个式子整合，可得只含有两个矢量场形式的麦克斯韦方程组：

变形得到的波动方程与数学物理方程中的标准波动方程

比较，得到电磁波的传播速度：

S2、然后根据雷达波在健康树木介质内与缺陷介质界面见的反射时间和传播速度，计算得到缺陷的位置为：

其中，h为树皮到健康木介质内与缺陷木介质内之间的传播速度，t为电磁波在不同介质结构中的回波时间，c为真空中的光速，ε为介电常数；

S3、再利用振幅法，即利用雷达回波信号在各层介质反射信号的振幅比来求解介电常数，对于接收到的雷达回波信号，近似认为是各层界面反射波的叠加；假设A₁为反射波在空气层与第1介质层界面处的幅度，A₂为反射波在第1与第2介质层界面处的幅度，A_m为雷达波的回波幅值，则第1介质层面和第2介质层面的介电常数估计公式分别为：

S4、将S3中得到的介电常数代入S2中，即可得到待测植物主干的缺陷位置信息。